JP6627331B2

JP6627331B2 - 防錆異形鉄筋

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Publication number: JP6627331B2
Application number: JP2015164738A
Authority: JP
Inventors: 啓三郎片野; 宣典竹田
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2015-08-24
Filing date: 2015-08-24
Publication date: 2020-01-08
Anticipated expiration: 2035-08-24
Also published as: JP2017043898A

Description

本発明は、防錆異形鉄筋に関する。

土木用コンクリート構造物において特に厳しい塩害環境に曝される場合、防錆（防食）鉄筋を用いて耐久性を確保する。防錆鉄筋として現在は、防錆性能や材料コストなどの観点から、鉄筋の表面にエポキシ樹脂塗料を塗布した防錆鉄筋（エポキシ樹脂塗装鉄筋）が広く用いられている。しかしながらエポキシ樹脂塗装鉄筋は、防錆塗装が施されていない普通鉄筋と比較してコンクリートとの付着強度が小さいことから、重ね継手の長さを普通鉄筋における長さよりも大きくするなどの対応が必要となる。

このような事情から、特許文献１には、鋼材と、ポリビニルブチラール樹脂を主成分とし、鋼材の表面に接着形成された樹脂被膜と、吹き付けによって樹脂被膜の表面に保持された硅砂を備える防錆鉄筋が開示されている。この防錆鉄筋では、樹脂被膜がポリビニルブチラール樹脂を主成分としており、樹脂被膜の表面に硅砂が保持されているので、エポキシ樹脂塗装鉄筋よりもコンクリートとの付着強度を高めることができる。

特開２０１１−１４７８４５号公報

コンクリートと防錆鉄筋の付着強度に関し、重ね継手の長さを短くできるといった利点があるため、より高いことが求められる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、コンクリートとの付着強度を高めることにある。

前述の目的を達成するため、本発明に係る防錆異形鉄筋は、異形棒鋼と、ポリビニルブチラールを主成分とし、前記異形棒鋼の表面を被覆する防錆被膜と、前記防錆被膜の表面に保持され、粒径が０．１５ｍｍ未満であって０．０５ｍｍ以上の範囲に属する粒子の割合が全体の７０％以上である砂状粒子とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、防錆被膜の表面に保持される砂状粒子に関し、粒径が０．１５ｍｍ未満であって０．０５ｍｍ以上の範囲に属する粒子の割合が全体の７０％以上であることから、砂状粒子によって防錆被膜の表面に適切な微細突起を形成でき、コンクリートとの付着強度を高めることができる。

前述の防錆異形鉄筋において、前記砂状粒子が８号硅砂である場合には、防錆被膜の表面に形成される微細突起に関し、粒度のばらつきが少ないのでコンクリートとの付着強度を安定化できる。また、化学的に安定しているので化学成分の溶出が防止され、環境負荷を抑制できる。

前述の防錆異形鉄筋において、前記防錆被膜の膜厚が２２０±４０μｍである場合には、防錆被膜の表面に適切な高さの微細突起を形成できる。

本発明によれば、コンクリートと防錆鉄筋の付着強度を高めることができる。

鉄筋引き抜き試験に用いた防錆鉄筋を説明する図である。硅砂サンプルＡの成分及び粒度分布を説明する図である。硅砂サンプルＢの粒度分布を説明する図である。硅砂サンプルＣの粒度分布を説明する図である。硅砂サンプルＤの粒度分布を説明する図である。硅砂サンプルＥの粒度分布を説明する図である。鉄筋引き抜き試験に用いたコンクリートの材料を説明する図である。鉄筋引き抜き試験に用いたコンクリートの示方配合表である。（Ａ）は付着強度試験に用いた供試体の平面図、（Ｂ）は付着強度試験に用いた供試体の断面図である。コンクリートの試験結果を説明する図である。鉄筋引き抜き試験の結果を説明する図である。（Ａ）は７号硅砂の防錆被膜への保持状態を模式的に説明する断面図、（Ｂ）は９号硅砂の防錆被膜への保持状態を模式的に説明する断面図、（Ｃ）は８号硅砂の防錆被膜への保持状態を模式的に説明する断面図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。本実施形態では、複数種類の防錆鉄筋を作製し、この防錆鉄筋の基端部分をコンクリートブロックに埋設することで、複数種類の供試体を作製した。作製した供試体に対して防錆鉄筋の引き抜き試験を行うことで防錆鉄筋とコンクリートの付着性状を評価した。この鉄筋引き抜き試験は、土木学会規準ＪＳＣＥ−Ｅ５１６「エポキシ樹脂塗装鉄筋の付着強度試験方法」を参考にして行った。

図１は、鉄筋引き抜き試験に用いた防錆鉄筋を説明する図である。同図に示すように、今回の鉄筋引き抜き試験では、供試体Ｄ−ＰＶＢ，供試体Ｄ−ＰＶＢ−Ｓ７，供試体Ｄ−ＰＶＢ−Ｓ８，供試体Ｄ−ＰＶＢ−Ｓ９に用いられる４種類の防錆鉄筋を作製した。これらの防錆鉄筋において、母材はＪＩＳＧ３１１２に規定される異形棒鋼ＳＤ３４５（公称直径Ｄ＝１９．１ｍｍ，朝日工業株式会社製）を使用した。この母材の表面を、ポリビニルブチラール（以下、ＰＶＢという）を主成分とするＰＶＢ樹脂で被覆し、防錆被膜を形成した。防錆被膜は、母材の表面にＰＶＢ樹脂の粉体塗料を付着させた後、粉体塗料を溶融させることで形成した。なお、本実施形態における防錆被膜の厚さは、２２０±４０μｍである。

供試体Ｄ−ＰＶＢ用の防錆鉄筋は、母材に防錆被膜を形成したもの、言い換えれば、砂状粒子を防錆被膜に保持させていないものであり、本発明の比較例である。この防錆鉄筋は、母材の表面に防錆被膜を形成することで作製される。

供試体Ｄ−ＰＶＢ−Ｓ７用の防錆鉄筋は、前述の防錆被膜に７号硅砂（具体的には図２Ａに示す硅砂サンプルＡの７号硅砂）を吹き付け、保持させたものである。この供試体Ｄ−ＰＶＢ−Ｓ７も本発明の防錆異形鉄筋に対する比較例である。

供試体Ｄ−ＰＶＢ−Ｓ８用の防錆鉄筋は、前述の防錆被膜に８号硅砂（同じく硅砂サンプルＡの８号硅砂）を吹き付け、保持させたものである。この供試体Ｄ−ＰＶＢ−Ｓ８は本発明の防錆異形鉄筋に係る実施例である。

供試体Ｄ−ＰＶＢ−Ｓ９用の防錆鉄筋は、前述の防錆被膜に９号硅砂（同じく硅砂サンプルＡの９号硅砂）を吹き付け、保持させたものである。この供試体Ｄ−ＰＶＢ−Ｓ９は本発明の防錆異形鉄筋に対する比較例である。

図２Ａに示すように、この硅砂サンプルＡにおいて、７号硅砂は、ＳｉＯ_２が９５．３５％，Ａｌ_２Ｏ_３が２．５１％，Ｆｅ_２Ｏ_３が０．１１％の比率で含まれている。８号硅砂は、ＳｉＯ_２が９４．０８％，Ａｌ_２Ｏ_３が３．０３％，Ｆｅ_２Ｏ_３が０．４０％の比率で含まれている。９号硅砂は、ＳｉＯ_２が９２．９５％，Ａｌ_２Ｏ_３が３．８３％，Ｆｅ_２Ｏ_３が０．３４％の比率で含まれている。すなわち、これらの硅砂は、ＳｉＯ_２を主成分とする粒状の鉱物である。

ここで、７号硅砂、８号硅砂、９号硅砂について説明する。これらの７号〜９号硅砂は、砂状粒子の一例であって粒度毎に分類されたものである。図２Ａ〜図２Ｅは、メーカーや採石地が異なる複数種類の硅砂サンプルＡ〜Ｅについて、粒度分布を示している。なお、前述したように硅砂サンプルＡは、各供試体用の防錆鉄筋の作製時に使用したものである。

７号硅砂に関し、硅砂サンプルＡ〜Ｄでは、５０メッシュ（目開０．３００ｍｍ）の篩を通過し、かつ、７０メッシュ（目開０．２１２ｍｍ）から１４０メッシュ（目開０．１０６ｍｍ）の篩に保持される大きさの粒子が多数（全体の８８％以上）を占めている。また、硅砂サンプルＥでは、４８メッシュ（目開０．２９ｍｍ）の篩を通過し、かつ、６５メッシュ（目開０．２１ｍｍ）から１５０メッシュ（目開０．１０ｍｍ）の篩に保持される大きさの粒子が多数（全体の７１％以上）を占めている。

採石地や製品のばらつきを考慮すると、７号硅砂は、粒径０．３０ｍｍ未満であって粒径０．１１ｍｍ以上の粒子が全体の７０％以上を占めている砂状粒子であるといえる。

８号硅砂に関し、硅砂サンプルＡ〜Ｄでは、１００メッシュ（目開０．１５０ｍｍ）の篩を通過し、かつ、１４０メッシュ（目開０．１０６ｍｍ）から２８０メッシュ（目開０．０５３ｍｍ）の篩に保持される大きさの粒子が多数（全体の７０％以上）を占めている。また、硅砂サンプルＥでは、１００メッシュの篩を通過し、かつ、１５０メッシュ（目開０．１０ｍｍ）から２７０メッシュ（目開０．０５ｍｍ）の篩に保持される大きさの粒子が多数（全体の９４％以上）を占めている。

採石地や製品毎のばらつきを考慮すると、８号硅砂は、粒径０．１５ｍｍ未満であって粒径０．０５ｍｍ以上の粒子が全体の７０％以上を占めている砂状粒子であるといえる。

９号硅砂に関し、サンプルＡ〜Ｃでは、２００メッシュ（目開０．０７５ｍｍ）の篩を通過する大きさの粒子（２８０メッシュ，３３０メッシュ，ＵＮＤＥＲ）が多数（全体の６５％以上）を占めている。

採石地や製品毎のばらつきを考慮すると、９号硅砂は、粒径０．０７５ｍｍ未満の粒子が全体の６５％以上を占めている砂状粒子であるといえる。

次に、鉄筋引き抜き試験に用いたコンクリートについて説明する。図３に示すように、コンクリートは、上水道水（Ｗ）、セメント（Ｃ）、細骨材（Ｓ）、粗骨材（Ｇ）、混和剤（ＷＲ，ＡＥ）を用いて作製した。セメントは、太平洋セメント株式会社製の普通ポルトランドセメントを用いた。細骨材は木更津産のものを、粗骨材は青梅産のものをそれぞれ用いた。混和剤は、ＡＥ減水剤と空気連行剤を用いた。ＡＥ減水剤はＢＡＳＦジャパン株式会社製のマスターポゾリスＮｏ．７０を、空気連行剤はＢＡＳＦジャパン株式会社製のマスターエア７７５Ｓを用いた。

コンクリートは、粗骨材の最大寸法が２０ｍｍ、目標スランプが１０±２．５ｃｍ、目標圧縮強度が３０．０±３．０Ｎ／ｍｍ^２となるように配合を定めた。具体的には、図４に示すように、単位量（ｍ^３）あたり、上水道水を１６５ｋｇ使用し、セメントを２８０ｋｇ使用した（水セメント比Ｗ／Ｃ＝５９．０）。また、単位量あたり、細骨材を８３８ｋｇ使用し、粗骨材を１００８ｋｇ使用した（細骨材率ｓ／ａ＝４５．８）。さらに、ＡＥ減水剤をセメント量の０．２５％使用し、空気連行剤をセメント量０．００２％使用した。

これらの各材料を公称容量６０Ｌの強制２軸練りミキサで練り混ぜた。その際、１バッチあたりの練り混ぜ量を４０Ｌとして２回練り混ぜた。フレッシュ状態のコンクリートに関し、スランプや空気量などのフレッシュ性状を測定した。あわせて、フレッシュ状態のコンクリートを型枠に打設して養生することで円柱状供試体を作製し、円柱状供試体における材齢２８日の圧縮強度を測定した。

さらに、防錆鉄筋の基端部分を箱状の型枠にセットし、この型枠にフレッシュ状態のコンクリートを打設して養生することで、防錆鉄筋とコンクリートが一体になった供試体を作製した。

図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、本実施形態の供試体１は、一辺が１５０ｍｍの直方体形状とされたコンクリートブロック２と、基端部分３ａをコンクリートブロック２に貫通させた防錆鉄筋３とを有している。防錆鉄筋３の基端部分３ａは、コンクリートブロック２と７５ｍｍに亘って付着され、残りの７５ｍｍは付着していない状態になっている。また防錆鉄筋３の基端は、コンクリートブロック２の上面２ａの面方向中心から、基端が下面２ｂよりも下方に突出する状態に配置されている。本実施形態において、防錆鉄筋３の基端は、コンクリートブロック２の下面２ｂよりも５ｍｍ突出されている。

鉄筋引き抜き試験では、引張試験機を用いて防錆鉄筋３の引張荷重ｐ（Ｎ）を測定し、次式（１）に基づいて付着応力度τ（Ｎ／ｍｍ^２）を算出した。また、引張荷重の測定時において、ダイヤルゲージを用いて防錆鉄筋３の変位を記録した。

τ＝２２２α・ｐ×１０^−６・・・（１）
式（１）において、αは、コンクリートの圧縮強度に対する補正係数であり、α＝３０．０／σ_ｃで算出される。なお、σ_ｃは、同時に作製したコンクリートの円柱供試体の試験時材齢（２８日）における圧縮強度である。

次に、すべり量が０．００２Ｄ（Ｄ：防錆鉄筋３の公称直径）における付着応力度と最大付着応力度を、３個の供試体１の平均値として算出した。また、各供試体１に関し、すべり量０．００２Ｄにおける付着応力度と最大付着応力度のそれぞれについて、硅砂を保持させていない防錆鉄筋３（供試体Ｄ−ＰＶＢ）に対する比率Ｐを次式（２）に基づいて算出した。

Ｐ＝τ_ｃ／τ_ｐ・・・（２）
式（２）において、τ_ｃは、各供試体１（Ｄ−ＰＶＢ，Ｄ−ＰＶＢ−Ｓ７〜Ｓ９）における付着応力度であり、τ_ｐは、基準の供試体１（Ｄ−ＰＶＢ）における付着応力度である。

以下、試験結果について説明する。まず、コンクリートの性状について説明する。

図６に示すように、１バッチ目のコンクリートは、スランプが１２．５ｃｍ、空気量が３．８％、単位容積質量が２３１３ｋｇ／ｍ^３、温度が２０．６℃であった。２バッチ目のコンクリートは、スランプが１２．０ｃｍ、空気量が２．９％、単位容積質量が２３３５ｋｇ／ｍ^３、温度が２０．５℃であった。また、材齢２８日における圧縮強度は３７．１Ｎ／ｍｍ^２であった。前述したように目標スランプは１０±２．５ｃｍであることから、スランプについては目標範囲内であった。また、目標圧縮強度は３０．０±３．０Ｎ／ｍｍ^２であることから、圧縮強度については目標値に近い値が得られた。

次に、鉄筋引き抜き試験の結果について説明する。

図７に示すように、硅砂無しの防錆鉄筋３を用いた供試体１（供試体Ｄ−ＰＶＢ）における付着応力度τの最大値は平均で１１．９Ｎ／ｍｍ^２であった。７号硅砂を吹き付けた防錆鉄筋３を用いた供試体１（供試体Ｄ−ＰＶＢ−Ｓ７）における付着応力度τの最大値は平均で１３．５Ｎ／ｍｍ^２であった。８号硅砂を吹き付けた防錆鉄筋３を用いた供試体１（供試体Ｄ−ＰＶＢ−Ｓ８）における付着応力度τの最大値は平均で１３．４Ｎ／ｍｍ^２であった。９号硅砂を保持した防錆鉄筋３を用いた供試体１（供試体Ｄ−ＰＶＢ−Ｓ９）における付着応力度τの最大値は平均で１２．３Ｎ／ｍｍ^２であった。

付着応力度τの最大値に関し、硅砂無しの供試体Ｄ−ＰＶＢを基準にすると、７号硅砂を用いた供試体Ｄ−ＰＶＢ−Ｓ７は１．１３倍であった。また、８号硅砂を用いた供試体Ｄ−ＰＶＢ−Ｓ８では１．１２倍であり、９号硅砂を用いた供試体Ｄ−ＰＶＢ−Ｓ９では１．０３倍であった。このように、付着応力度τの最大値については、各供試体で大きな差が見られなかった。

すべり量が０．００２Ｄよりも大きい範囲では、防錆被膜３２及び珪砂粒子３３とコンクリートの界面の摩擦ではなく、母材である異形鉄筋のふしによる機械的な摩擦抵抗が卓越しており、各供試体１において大きな差が見られなかったと考えられる。

硅砂を保持させた各供試体では、すべり量が０．００２Ｄの付着応力度に有意の差が生じた。具体的には、硅砂無しの供試体Ｄ−ＰＶＢでは平均で２．９８Ｎ／ｍｍ^２であった。これに対し、７号硅砂を用いた供試体Ｄ−ＰＶＢ−Ｓ７では平均で５．７０Ｎ／ｍｍ^２であり、８号硅砂を用いた供試体Ｄ−ＰＶＢ−Ｓ８では平均で６．８８Ｎ／ｍｍ^２であった。また、９号硅砂を用いた供試体Ｄ−ＰＶＢ−Ｓ９では平均で３．６４Ｎ／ｍｍ^２であった。

すべり量が０．００２Ｄの付着応力度に関し、供試体Ｄ−ＰＶＢを基準にすると、供試体Ｄ−ＰＶＢ−Ｓ７は１．９１倍であり、供試体Ｄ−ＰＶＢ−Ｓ８は２．３１倍であった。一方で、供試体Ｄ−ＰＶＢ−Ｓ９は１．２２倍であった。すなわち、供試体Ｄ−ＰＶＢ−Ｓ９＜供試体Ｄ−ＰＶＢ−Ｓ７＜供試体Ｄ−ＰＶＢ−Ｓ８の順に、付着応力度が大きくなった。

このように、すべり量が０．００２Ｄの付着応力度については、供試体Ｄ−ＰＶＢ−Ｓ８の付着応力度が、供試体Ｄ−ＰＶＢ−Ｓ７や供試体Ｄ−ＰＶＢ−Ｓ９の付着応力度よりも有意に高かった。このことは、すべりに対して最も大きく抵抗する珪砂の最適粒径が存在することを示唆している。以下、この点について考察する。

供試体Ｄ−ＰＶＢ−Ｓ７では、７号硅砂を構成する粒子に粒径の大きいものが多く含まれており、防錆被膜３２及び珪砂粒子３３とコンクリートの界面の摩擦（試験時の引っ張り荷重）によって、粒径の大きい粒子が容易に離脱したことが考えられる。

例えば図８（Ａ）に示すように、母材３１の表面に形成された防錆被膜３２の膜厚（２２０±４０μｍ）に対して粒径の大きい硅砂粒子３３は、防錆被膜３２の内側に浅く入り込むと考えられる。この状態で界面に摩擦が作用すると、硅砂粒子３３は防錆被膜３２から容易に離脱してしまう。そして、離脱した硅砂粒子３３の分だけ付着応力度が低下すると考えられる。

反対に、供試体Ｄ−ＰＶＢ−Ｓ９では、９号硅砂を構成する粒子に粒径の小さいものが多く含まれており、吹き付けによって防錆被膜の内側に深く入り込むと考えられる。例えば図８（Ｂ）に示すように、防錆被膜３２の膜厚に対して粒径の小さい硅砂粒子３３は、防錆被膜３２の内側に深く入り込むことが考えられる。この状態では、硅砂粒子３３における、防錆被膜３２よりも外側に突出する部分の高さが低くなり、界面に摩擦が作用しても硅砂粒子３３は大きな抵抗力を発揮できず、付着応力度が低下すると考えられる。

これらに対し、供試体Ｄ−ＰＶＢ−Ｓ８では、図８（Ｃ）に示すように、硅砂粒子３３における、防錆被膜３２の内側に入り込む部分と、防錆被膜３２の外側に突出する部分のバランスがよく、界面に摩擦が作用しても硅砂粒子３３は離脱され難く、かつ、適切な高さの微細突起を形成できることから、十分な付着応力度が得られると考えられる。

このように、本実施形態の供試体Ｄ−ＰＶＢ−Ｓ８では、防錆被膜３２の表面に保持される砂状粒子３３に関し、粒径が０．１５ｍｍ未満であって０．０５ｍｍ以上の範囲に属する砂状粒子３３の割合が全体の７０％以上であることから、砂状粒子３３によって防錆被膜の表面に適切な微細突起を形成でき、コンクリートとの付着強度を高めることができる。これにより、重ね継手の長さをより短くすることができる。

以上の実施形態の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれる。例えば、次のように構成してもよい。

砂状粒子に関し、前述の実施形態では硅砂を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、アルミナ粒子であってもよいし、スラグであってもよい。すなわち、粒径が０．１５ｍｍ未満であって０．０５ｍｍ以上の範囲に属する粒子の割合が全体の７０％以上である砂状粒子であれば、同様の作用効果が得られると解される。なお、硅砂とアルミナ粒子は、スラグよりも化学的な安定性に優れるので好ましい。また、硅砂は、アルミナ粒子よりも粒度が安定しているのでさらに好ましい。

防錆被膜に関し、膜厚を２２０±４０μｍにしたものを例示したが、これに限定されるものではない。防錆被膜の膜厚は、その強度と施工性等によって定められる。

母材に関し、公称直径が１９．１ｍｍの異形棒鋼（Ｄ１９）を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、公称直径が９．５３ｍｍの異形棒鋼（Ｄ１０）〜公称直径が５０．８ｍｍの異形棒鋼（Ｄ５１）に対しても、本発明は同様に適用できる。そして、これらの異形棒鋼に適用した場合もコンクリートとの付着強度を高めることができ、重ね継手の長さを従来よりも短くできるといった作用効果を奏する。

１…供試体，２…コンクリートブロック，３…防錆鉄筋，３ａ…防錆鉄筋の基端部分，３１…母材，３２…防錆被膜，３３…硅砂粒子

Claims

異形棒鋼と、
ポリビニルブチラールを主成分とし、前記異形棒鋼の表面を被覆し、膜厚が２２０±４０μｍである防錆被膜と、
前記防錆被膜の表面に保持され、粒径が０．３ｍｍ以上の粒子を含まず、粒径が０．１５ｍｍ以上であって０．３ｍｍ未満の範囲に属する粒子の割合が全体の１５％である砂状粒子と、を備えており、重ね継手に用いられることを特徴とする防錆異形鉄筋。
前記重ね継手のコンクリートに対するすべり量が公称直径の０．００２倍であることを特徴とする請求項１に記載の防錆異形鉄筋。